Forestil dig, at du har to balloner. Den ene er fyldt med vand og den anden med luft. De ser de samme ud, men hvis du skubber på dem, vil hver føle sig meget forskellig. Sådan organer føles for en læge. Når en patient har brug for en nålebiopsi, eller en galdeblæreafløb eller en kortisoninjektion til rygsøjlen eller et venekateter, skal lægen, der indsætter en nål, kunne føle opbygningen og frigivelsen af trykket, når nålen skubber ind i, og punkterer til sidst hvert efterfølgende væv.
”Vævets karakter giver dig kraft-feedback, og dine hjerne figurer ud, og kan bruge det til at fortolke mange forskellige ting, ” siger David Han, professor i kirurgi og radiologi ved Penn State. ”Hvis du har rørt ved en række lever, og du har rørt ved mange milter, kan du nogle gange med lukkede øjne fortælle, hvilken der er hvilken."
Men det er virkelig ikke let. Forskning i de sidste 30 år eller mere har vist komplikationshastigheder, der spænder fra 5 til 21 procent ved central venekateterisering, og nedfaldet er infektion eller øget hospitalets tid og omkostninger eller endda død. Erfarne læger er meget bedre til det, delvis fordi det kræver en masse praksis. (I mange tilfælde hjælper ultralydvejledning, men selv med en visuel signal er det let at gå lidt for langt og ind i det forkerte væv.)
Hvordan lærer medstuderende denne teknik? I nogle tilfælde giver en mannequin, der er bygget til at ligne bestemte væv, feedback, men oftere ser de studerende en erfaren læge, og så prøver de det. ”Jeg er virkelig god til det, ” siger Han. ”Så jeg har nogen, der står ved siden af mig, der vil lære at gøre det, og jeg hænger lidt over skulderen og siger, prøv dette eller det.”
Et team af forskere ved Penn State University havde en anden idé. Under ledelse af Han offentliggjorde de i 2017 forskning, der beskrev en robot, der ville holde enden af en nål og give mekanisk feedback - når eleven skubber nålen ind i en klump silicium, skubber robotarmen tilbage. I modsætning til en mannequin, kan den programmeres til at følge forskellige kraftkurver, lavet til at matche trykprofilen for en nål, der glider ind i forskellige væv, og endda repræsentere forskellige kropstyper. ”Hvad du vil være i stand til at gøre, er at få folk til at bevise deres kompetence i et simuleret miljø, før du overdrager dem kontrollerne, ” siger Han.
Men nogle af de andre forskere, som Han arbejdede med, havde en yderligere indsigt: De kunne lave et værktøj, der ville gøre det samme, sans robot, langt langt billigere. I stedet for en robotarm ville krafttilbakekoblingen leveres af en mekanisme, der er indeholdt i en simuleret sprøjte. Forskerne indgav en foreløbig patentansøgning i år og modtog et tilskud fra Penn State College of Engineering til at udvikle enheden som en virksomhed.
”Vi kunne skabe disse kræfter lidt mere forenklet ved at have dette, i det væsentlige, materiel brud inde i disse patroner skabe vores haptiske kraft, ” siger Jason Moore, lektor i maskinteknik, der ledede teamet. ”Og så kunne vi stadig give brugeren en masse feedback om, hvordan de udførte nålindsættelsen.”
Selvom den foreløbige patentansøgning beskriver flere metoder til simulering af tryk (inklusive elektromagnetiske, magneter, friktion, hydraulik og andre), har gruppen valgt at fokusere på en version aktiveret af en række membraner, der er indeholdt i sprøjtens krop. Når du skubber mod en overflade, trækkes nålen ind i sprøjtens krop. Som det gør, støder det på membranerne i rækkefølge. Hver af dem deformeres og til sidst bryder, ligesom menneskeligt væv. Ved at variere membranernes konfiguration, tykkelse og materiale simulerer enheden forskellige kraftprofiler uden behov for en dyr robotarm.
Han, Moore og Moore samarbejdspartnere, lektor i ingeniørdesign Scarlett Miller og lektor i anæstesiologi Sanjib Adhikary, er ikke de eneste, der arbejder med apparater til træning af studerende i ultralydstyrede injektioner. ”Alle prøver på forskellige måder og midler til at få det til at se bedre ud eller gøre det mere brugervenligt, ” siger Adhikary. ”Men ingen har den hellige gral.”
I 2015 frigav et firma kaldet Blue Phantom en sofistikeret træningsmodel til injektioner i knæled, komplet med simuleret lårben, tibia, patella og bursa - men den koster $ 3.800 og er kun nyttig til at øve injektioner i knæet. Der er endda DIY-løsninger med gelatinfyldte balloner med gummirørkar. David Gaba, professor i anæstesiologi ved Stanford, har opbygget nåleinjektionssimulatorer i mere end 30 år, inklusive plasttræner til lændeinjektioner. Han bruger endda svinekød skuldervæv som en erstatning for mennesker.
”Bare fordi noget kan simuleres med en computer / hardwarekombination for at skildre haptikerne, betyder det ikke nødvendigvis, at det vil opnå mirakler ved læring eller dygtighed, ” siger Gaba. "Medmindre der er tydelige beviser for, at en bestemt enhed gør en stor forskel, vil det i sidste ende være markedspladsen, der bestemmer, om et bestemt teknisk fremskridt har ben i sammenligning med andre tilgange."
Der skal stadig være balance, påpeger Han. Fjern for meget af realismen, og studerende forbinder ikke praksisværktøjet korrekt med virkeligheden. Men ethvert edb-apparatur kan give værdifuld og kvantitativ feedback - et sortkortskort - til ydeevnen for de studerende, der lærer teknikken.
Når de arbejder hen imod en omsættelig enhed, bygger Moore, Miller og Adhikary et accelerometer i patronen, som vil parre sig med brugerdefineret software for at give lignende feedback om indsættelsesvinkel og kraftprofil. Deres prototype, inklusive sensor og udskiftelig patron, koster dem omkring $ 100.
”Ideen er værd at forfølge, især hvis den kan sælges til $ 100, ” siger Paul Bigeleisen, professor i anæstesiologi ved University of Maryland. Men sprøjtestøbning og bred distribution, muligvis gennem skoler og uddannelseshospitaler, kunne få prisen for enheden endnu lavere.
”Hvis vi kan få disse nye medicinstuderende eller meget tidlige fremtidige læger til at være meget gode til deres håndbevægelser, være meget stødige, kan det have en positiv indflydelse på deres dygtighed langt længere nede på vejen?” Siger Moore.
Det er håbet, tilføjer han.
